電子溫度達(dá)到1億度 中國(guó)人造太陽(yáng)內(nèi)力驚人

“等離子體中心電子溫度達(dá)到1億攝氏度。”短短一句話讓網(wǎng)友興奮了。11月12日，中科院等離子體物理研究所發(fā)布消息，EAST核聚變裝置在2018年實(shí)驗(yàn)中又有突破。

核聚變就像氫彈爆炸或太陽(yáng)內(nèi)部反應(yīng)，溫度超高，一般容器沒(méi)法盛放。被寄予最大希望的核聚變實(shí)驗(yàn)方案叫“托卡馬克”——用超強(qiáng)的磁場(chǎng)約束高溫的核燃料。EAST又稱東方超環(huán)，是中國(guó)研制的世界第一個(gè)非圓截面全超導(dǎo)托卡馬克。它的外形像一個(gè)甜甜圈，它使用超導(dǎo)體，以最小的能耗獲取最強(qiáng)的磁場(chǎng)。

EAST近年來(lái)一直走在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)最前列，在高性能、穩(wěn)態(tài)、長(zhǎng)脈沖等離子體研究方面成績(jī)傲人。比如去年EAST創(chuàng)造了“101.2秒高約束模等離子體運(yùn)行”的穩(wěn)定時(shí)間世界紀(jì)錄，就引起輿論熱議。

“描述等離子體的參數(shù)很多，比如穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)間、密度、電子溫度、離子溫度等等，都很重要，我們希望所有的參數(shù)同時(shí)提高。”中科院等離子體物理研究所所長(zhǎng)萬(wàn)寶年告訴科技日?qǐng)?bào)記者，“這次大家關(guān)注的‘1億度’是電子溫度。媒體喜歡簡(jiǎn)化成‘等離子體溫度1億度’，實(shí)際上除了電子溫度還要看離子溫度。”

氘和氚發(fā)生聚變需極高溫度(氫彈用原子彈起爆來(lái)點(diǎn)燃)。高溫下，物質(zhì)離散成較輕的電子和較重的原子核-離子(這也是它能被磁場(chǎng)約束的原因)。萬(wàn)寶年說(shuō)，電子和離子的溫度有差異，要用不同技術(shù)分別加熱，用不同技術(shù)分別測(cè)量。

此次等離子體中心電子溫度達(dá)到1億攝氏度，主要?dú)w功于電子回旋與低雜波協(xié)同加熱兩項(xiàng)技術(shù)。

“EAST就好比一個(gè)爐子，要讓它的內(nèi)部足夠熱。一要提高加熱效率，二要讓熱量更慢跑出去。”萬(wàn)寶年說(shuō)，“爐子越大，越容易提升核心溫度。EAST比較小，實(shí)現(xiàn)電子溫度1億度比較難;將來(lái)ITER(國(guó)際熱核聚變反應(yīng)堆)用同樣的辦法實(shí)現(xiàn)2億度，就容易多了。”

萬(wàn)寶年說(shuō)：“實(shí)驗(yàn)在8月份就已經(jīng)完成，但當(dāng)時(shí)沒(méi)有立即發(fā)布，因?yàn)榇_保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確需要重新校核所有的測(cè)量設(shè)備和大量計(jì)算。一個(gè)手段測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)，需要用其他手段的測(cè)量來(lái)驗(yàn)證，并且多種手段的測(cè)量結(jié)果經(jīng)過(guò)物理計(jì)算要自洽。”

“得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，我并沒(méi)有太激動(dòng)，因?yàn)檫@是預(yù)料之中的。”萬(wàn)寶年說(shuō)，“這次的實(shí)驗(yàn)是我們長(zhǎng)期計(jì)劃中一個(gè)點(diǎn)上的階段性成果。我們更加關(guān)注的等離子體綜合指標(biāo)的提升，這個(gè)科學(xué)價(jià)值更高，對(duì)未來(lái)聚變堆的借鑒意義也更大，但因?yàn)樘珜I(yè)，大家對(duì)此不是太關(guān)注。”

值得注意的是，今年實(shí)驗(yàn)中，EAST蘊(yùn)含的能量創(chuàng)了紀(jì)錄，它通過(guò)優(yōu)化穩(wěn)態(tài)射頻波等多種加熱、電流驅(qū)動(dòng)技術(shù)在高參數(shù)條件下的耦合，以及先進(jìn)等離子體控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)加熱功率超過(guò)10兆瓦，等離子體儲(chǔ)能增加到300千焦。

相關(guān)研究成果是10月下旬在印度舉辦的第27屆國(guó)際聚變能大會(huì)上公布的，國(guó)際同行給予高度評(píng)價(jià)。11月12日消息在國(guó)內(nèi)發(fā)布后被廣為轉(zhuǎn)發(fā)。

EAST此次實(shí)驗(yàn)的“射頻波加熱、低動(dòng)量注入、鎢偏濾器”等技術(shù)的組合，將為ITER和正在設(shè)計(jì)中的中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆CFETR提供重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)與科學(xué)支持。(高 博)

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